曹金生

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司 科技質(zhì)量中心，山東 日照276800）

1　前言

熱連軋產(chǎn)線粗軋機(jī)組環(huán)境復(fù)雜、惡劣，軋輥長期受高溫鋼坯和軋輥冷卻水交替熱應(yīng)力的影響，同時(shí)在粗軋還承受著較大的軋制壓力，導(dǎo)致了粗軋軋輥下機(jī)后經(jīng)常存在磨損不均勻、軋輥邊部剝落等現(xiàn)象，同時(shí)粗軋軋制不穩(wěn)定（跑偏、鐮刀彎、楔形大等）現(xiàn)象普遍，為此，考慮在粗軋輥系配置上進(jìn)行相關(guān)研究工作，改善上述問題。

2　粗軋軋機(jī)輥系配置特點(diǎn)

粗軋軋機(jī)輥系配置具體指工作輥和支撐輥采用何種輥型。

與精軋機(jī)架相比，粗軋機(jī)在斷面形狀控制和軋制穩(wěn)定性方面有以下特點(diǎn)：1）總軋制壓力大，軋輥撓曲變形嚴(yán)重；2）工作輥和支撐輥換輥周期長，在換輥周期內(nèi)軋制規(guī)格多，有害接觸區(qū)對板形的影響更加明顯；3）由于需要進(jìn)行往返軋制，各道次間的軋制壓力差異較大，輥系受力狀態(tài)相差大，斷面形狀控制穩(wěn)定性差；4）由于粗軋采用的是無張力軋制，而張力又可以有效抑制帶鋼跑偏，因此粗軋因帶鋼跑偏導(dǎo)致軋制不穩(wěn)定現(xiàn)象比精軋機(jī)組嚴(yán)重；5）帶鋼寬厚比一般較大，操作人員很難及時(shí)做到通過調(diào)節(jié)單側(cè)壓下保證軋制穩(wěn)定性。

3　配置實(shí)施方案

3.1　支撐輥?zhàn)兘佑|輥型

粗軋支撐輥?zhàn)兘佑|輥型的核心是通過在支撐輥上磨削特殊的輥型曲線，使輥系在不同軋制力的作用下，支撐輥和工作輥的輥間接觸長度能夠與所軋帶鋼的寬度相適應(yīng)，消除或減少輥間有害接觸區(qū)，提高承載輥縫的橫向剛度，增加軋機(jī)對板形干擾因素（包括來料的板形波動(dòng)和軋制力波動(dòng)等）的抵抗能力，抑制板形缺陷的產(chǎn)生，使軋后帶鋼的板形保持穩(wěn)定。變接觸輥型可以將低橫向剛度的輥縫轉(zhuǎn)化為高橫向剛度的輥縫，克服常規(guī)熱軋機(jī)型在這方面的不足。由于有害接觸區(qū)的減少，板形控制的穩(wěn)定性得到了提高。另外，由于變接觸輥型改變了支撐輥與工作輥間的接觸狀態(tài)，對改善支撐輥軸向不均勻磨損具有積極的作用。

變接觸支撐輥輥型由兩部分組成：一部分為變接觸段，承擔(dān)著變接觸軋制的任務(wù)，此部分為6次多項(xiàng)式曲線輥型；第二部分為工藝倒角段，主要是為防止軋輥邊部壓肩造成軋輥邊部大面積剝落。項(xiàng)目提出的支撐輥?zhàn)兘佑|輥型軋制技術(shù)只是通過磨削特殊的輥型曲線來達(dá)到控制板形的目的，無需對設(shè)備進(jìn)行任何改造，實(shí)現(xiàn)低成本且操作簡便。

3.2　工作輥輥型配置

軋制穩(wěn)定性和承載輥縫形狀密切相關(guān)，工作輥承載輥縫內(nèi)帶鋼的受力情況如圖1所示。由于輥系彎曲變形，作用在帶鋼表面的單位軋制壓力的方向與垂直方向有偏角φ，由此產(chǎn)生一個(gè)水平方向的分量pnsinφ。由于帶鋼橫向尺寸或性能不對稱、軋輥軸向狀態(tài)不同等原因，pn及φ沿帶鋼寬度方向各點(diǎn)均不同。當(dāng)pn水平分量的合力不等于0時(shí)，帶鋼必然存在橫向運(yùn)動(dòng)趨勢。假設(shè)帶鋼存在向傳動(dòng)側(cè)運(yùn)動(dòng)的趨勢，隨之伴生單位摩擦力fm。設(shè)pn與fm合力的水平分量為px，其大小如下：

當(dāng)帶鋼整個(gè)寬度上px之和大于0時(shí)帶鋼將向傳動(dòng)側(cè)走偏，反之則向操作側(cè)走偏。凹形輥縫軋制時(shí)，如果帶鋼向傳動(dòng)側(cè)走偏，pnsinφ減小，∑px減小，帶鋼有回到中心線的趨勢。可以看出，大凸形的承載輥縫對帶鋼起包容作用，可以防止帶鋼走偏。

圖1　承載輥縫內(nèi)帶鋼受力

基于以上分析，和支撐輥配對的工作輥的選擇應(yīng)考慮以上因素。支撐輥采用變接觸輥型技術(shù)后，相應(yīng)工作輥的配置通?？蛇x用平輥、常規(guī)二次曲線（或SIN曲線）凸形工作輥、常規(guī)二次曲線凹形工作輥等。采用平工作輥或者凸形工作輥，由于可以對輥縫形狀進(jìn)行補(bǔ)償，可以進(jìn)一步提高橫斷面形狀控制能力。但是采用此類工作輥后，由于支撐輥和工作輥邊部有一段不接觸區(qū)域，導(dǎo)致工作輥在帶鋼寬度范圍以外部分撓曲量變小，且和凹形工作輥相比，承載輥縫邊部開口度增大，這些因素均導(dǎo)致軋制穩(wěn)定性變差。采用常規(guī)二次曲線（或SIN曲線）凹形工作輥可提高軋制穩(wěn)定性。

輥型配置具體技術(shù)方案如下：在支撐輥服役的前期和中期，支撐輥磨損小，輥型保持性較好，為了兼顧軋制穩(wěn)定性和斷面形狀控制的需求，采用變接觸輥型支撐輥和常規(guī)二次負(fù)凸度工作輥配合。在支撐輥服役后期，支撐輥磨損大，輥型保持性變差，修改工作輥的負(fù)凸度大小。配置方案如圖2所示。

圖2　粗軋輥系支撐輥配置結(jié)構(gòu)

上述粗軋輥系配置特點(diǎn)是在支撐輥不同的服役周期，選擇不同的工作輥配置方式。在支撐輥服役前期，邊部輥型高度較大，雖然橫斷面形狀控制能力得到提高，但軋制穩(wěn)定性變差，為此選用負(fù)凸度工作輥加以配合，可以有效抑制帶鋼跑偏引起的軋制不穩(wěn)定現(xiàn)象；在支撐輥服役后期，隨著軋輥磨損的增加，支撐輥邊部輥型高度減小，軋制穩(wěn)定性得到提高，但橫斷面控制能力下降，為此減小工作輥輥型的負(fù)凸度值，此工作輥補(bǔ)償了支撐輥磨損后橫斷面控制能力下降的缺陷，同時(shí)又保證了軋制穩(wěn)定性。支撐輥曲線外形在輥身中部近似為平段，輥身邊部為曲線段，支撐輥輥身中間輥徑大于邊部輥徑，中間近似平段寬度與主軋規(guī)格有關(guān)，可通過優(yōu)化設(shè)計(jì)得到。采用此支撐輥的配置方法可以保證多規(guī)格下板形控制的穩(wěn)定性，抵抗軋制壓力大幅度波動(dòng)對斷面形狀的影響，均勻化輥間接觸壓力等。

在支撐輥上機(jī)服役初期，由于軋輥邊部高度較大，雖然橫斷面控制能力得到增強(qiáng)，但支撐輥邊部和工作輥有不接觸區(qū)域，軋制穩(wěn)定性變差，此時(shí)工作輥配置較大負(fù)凸度工作輥，一旦帶鋼發(fā)生走偏現(xiàn)象，邊部承載輥縫的受力情況可以起到糾偏作用，到達(dá)軋制穩(wěn)定性和斷面形狀控制兼顧的目的。

在支撐輥服役中后期，由于支撐輥磨損嚴(yán)重，原先設(shè)計(jì)的支撐輥輥型曲線邊部高度變小，中部平段長度增加，且平段部分存在磨損箱型孔，輥系在受力狀態(tài)下，支撐輥與工作輥的輥間接觸長度增加，原先設(shè)計(jì)的斷面形狀調(diào)控能力削弱，但軋制穩(wěn)定性得到提升。為了彌補(bǔ)斷面形狀控制能力的不足，在支撐輥服役中后期，較小負(fù)凸度工作輥，通過直接補(bǔ)償邊部的軋輥撓曲進(jìn)而提高斷面形狀控制能力，彌補(bǔ)了支撐輥磨損以后在斷面形狀控制能力方面的不足。同時(shí)根據(jù)最大應(yīng)力的分析，上下工作輥服役環(huán)境的不一樣，另一方面可考慮在上工作輥輥型類型保持不變的情況下，減小下工作輥的負(fù)輥型量。

4　應(yīng)用效果

此輥系配置方案在不同軋制壓力作用下，支撐輥與工作輥之間的接觸長度可變，帶鋼寬度越大，軋制壓力也越大，接觸線長度也越長，反之越短?？梢宰龅捷侀g接觸長度與帶鋼寬度近似相適應(yīng)，減小有害接觸區(qū)及軋制壓力波動(dòng)對承載輥縫的影響，彎輥力的調(diào)控效果也得到了提高。曲線系數(shù)的確定方法可按照產(chǎn)品大綱主要規(guī)格為對象，以提高軋機(jī)板形控制功能和均勻化輥間壓力為目標(biāo)函數(shù)，并以輥間接觸長度和板形良好為約束條件，聯(lián)立輥系變形模型和遺傳算法對曲線系數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算。